型號產品總裝工藝量化控制的探索與實踐

歐春峰 /貴州航天風華精密設備有限公司

隨著我國制造能力的增強，國防軍工也得到了快速發展，國防工業的工藝技術水平得到極大提升，有效促進了型號產品的研制生產效率和質量的提高。型號產品總裝方面，雖然在制造業整體發展潮流的推動下正在向精益化、自動化、數字化、智能化方向發展，但由于產量規模、投資效益、行業特殊性等因素限制，先進制造應用于型號產品的總裝還處在探索研究階段，傳統制造模式仍占據型號產品總裝的主流。

型號產品總裝測試是武器裝備研制生產的關鍵環節，總裝工藝對武器裝備的性能及品質有重要影響。要提高總裝工藝的可靠性，必須實現“以定性控制為主”轉變為“以定量控制為主”。型號產品總裝工藝量化控制，既是解決研制生產瓶頸問題的迫切需要，也是實現型號產品總裝測試精益化、數字化、智能化的必要基礎條件。由于傳統制造模式粗放，主要依靠工人技能、經驗及素質，總裝工藝的可靠性不高，已成為制約武器裝備研制生產的一大瓶頸。特別是在當前多型號并舉、研制生產周期短、質量可靠性高等要求下，總裝工藝可靠性問題非常突出，經常會因此發生質量問題而歸零。總裝工藝可靠性不高主要是由于工藝不量化造成的，主要表現為：工藝參數設置不足；工藝文件多為定性化描述，指導性不強；操作依據和檢驗依據不唯一等。

一、工藝量化控制的內涵

工藝量化控制是產品實現過程及其質量控制的具體化，是將過程控制分解到一定程度或使其能夠數字化表達的過程。量化控制是在對型號產品實現過程正確認識的基礎上，以滿足設計指標及提高產品質量為目標，提出具體的量化要求、進行過程化記錄、開展量化評價分析、形成量化反饋的持續改進機制，包括需求量化、流程量化、工作要求量化、過程記錄集數據管理量化。

工藝量化是指在某一產品實現的作業過程，應識別出各環節量化控制要素，并作出一系列要求，展現在工藝文件或作業指導書上應是定量的參數、細分的流程，同時應固化且無歧義。量化控制要素是指對產品質量有絕對影響，一旦不加以限制、超出工藝裕度范圍，將導致產品無法滿足設計指標或可靠性要求的過程環節、參數等，包括人員控制要素、設備（工裝、工具）控制要素、原材料控制要素、工藝參數控制要素和生產環境控制要素。通過工藝量化控制，確保產品實現過程參數化、流程化、規范化，并且可追溯到最小環節，工藝可靠性能夠實現定量評價。

二、思路及實施方案

1.總裝工藝現狀及問題

總裝工藝設計現狀為：制定粗放的工藝路線、作業流程和工序要求，甚至只為解決“有無”問題。由于基本采用手工作業形式，設備、工裝、工具、檢具等大都較為傳統，總裝工藝基本沿襲原有的“工藝技術+操作技術”模式，而操作技能對產品質量起決定性影響。由于工藝要求粗放，描述模糊，作業過程隨意性較大，質量一致性和穩定性無法保證，在產品復雜、任務繁重等情況下，經常會出現低層次問題。另外，由于工序不夠細化，需要的控制參數沒有充分識別和設置，檢驗缺乏數據，質量記錄無法反映出操作細節，致使無法進行追溯和事后分析。

2.總裝工藝量化的思路

以型號產品為對象，以問題為導向，關注重點環節，基于現有條件對型號總裝全過程開展梳理，從作業工序中分析總結量化控制要素，再通過理論分析、專家評審、一線建議、數據統計、頭腦風暴等方式研究確定量化控制的指標和要求，并通過工藝試驗驗證后完善工藝。

總裝工藝量化主要是實現總裝作業過程的量化控制，核心是將傳統的定性化工藝描述轉變為定量化參數表達。工藝文件除了要規定“做什么”，還應明確“怎么做”，流程要細化，關鍵環節要設置參數控制，質量情況應通過實測數據進行定量判斷和評價。

3.總裝工藝量化實施方案

為保證總裝制造過程工藝量化控制要素梳理的準確性、必要性和具體要求的可指導性，應按照以下流程開展相關工作：

一是總裝工藝符合性復查及工藝問題梳理分析。一方面，應對照設計文件及相關技術標準規范，復查工藝是否落實設計要求，工藝是否能夠保證設計指標及產品功能性能的實現；另一方面，梳理分析近年因總裝工藝不量化而導致的型號產品質量問題。通過復查和問題梳理，發現總裝工藝薄弱環節。

二是總裝工藝流程及工序梳理。要全面、系統梳理型號產品總裝工藝流程，覆蓋每一工序、工位，清理每一作業環節的工藝參數設置情況、細化程度、工藝風險，并征求生產一線的建議和客戶代表的意見。通過工藝流程及工序梳理，發現工藝存在的不足。

三是總裝工藝量化控制要素梳理。根據總裝工藝符合性復查、工藝質量問題梳理、工藝流程梳理情況，進一步分析總裝工藝存在的薄弱環節，識別出工藝風險，分析和提煉關鍵環節的工藝參數控制、人員控制、設備與工裝控制、原材料控制、環境控制及多余物控制等方面的控制要素。

四是制定工藝量化改進措施。針對梳理出的量化控制要素，通過理論分析、仿真計算、經驗總結、歷史數據統計等方法，制定具體的量化控制要求。

五是開展工藝實驗。工藝量化改進措施制定后，需要通過實際產品總裝來進行工藝驗證，并進一步完善量化控制要求。

六是工藝量化控制措施確認并發布實施。工藝量化控制措施通過驗證和完善后需要進行固化，一般以評審形式進行確認，并將其落實到工藝文件或工藝規范中。

某單位以某型號總裝為對象，以問題為導向，以工藝細化、量化為目標，關注重點，按照上述流程開展了總裝工藝量化控制要素梳理。表1 為工藝量化控制要素清單示例。

三、典型案例分析

1.設置必要的工藝參數

現有的總裝工藝文件大多為定性化描述，除設計文件提出明確規定外，其它定量的工藝控制要求非常少，裝配質量的一致性和穩定性較差，而且質量評價也缺乏量化依據。某單位在型號產品總裝過程中一直存在緊固件安裝、線纜敷設不量化現象，是工藝量化控制需要重點解決的問題。

緊固件安裝。原有工藝中對大部分緊固件安裝只提了“擰緊”要求，但對擰緊力矩無明確規定，使得過擰或欠擰的現象客觀存在。為準確設置緊固件擰緊力矩參數，首先按照規格、材質對緊固件進行梳理，并依據HB6586-1998《螺栓螺紋擰緊力矩》、HB/Z251《螺栓連接擰緊力矩與軸向力的關系》等標準規范對各類緊固件的擰緊力矩進行理論計算。

在開展理論分析的同時，對手工擰緊的力矩進行檢測和統計，抽取了不同人員安裝的產品，形成了各類緊固件共數十個統計樣本。通過將理論值與實測進行對比和綜合分析，并在組織審查后最終確定了各類緊固件擰緊力矩參數。另外，對擰緊工具、擰緊順序等也進行了明確。目前，擰緊力矩參數已在工藝文件中固化，并經過多個批次產品驗證。

線纜敷設。線纜敷設采用手工方法，敷設過程因人而異，質量一致性差。為實現線纜敷設工藝的量化控制，工藝人員依據設計圖樣、現場操作實際重點開展了樣版制作、參數梳理，對線纜走向、線纜排列方式、卡箍固定位置、端頭預留長度等工藝要素進行細化、量化，并制作了樣板和圖示化工藝文件（見圖1）。經工藝細化、量化后，線纜敷設的質量一致性和美觀程度得到了極大提升。

2.工裝覆蓋性提升，實現工藝量化控制

目前，型號產品總裝基本為手工操作，關鍵部件裝配難以實現精準操作，存在“盲操作”現象，容易因發生磕碰、誤操作而損傷價值昂貴的設備，影響產品功能性能。某型號產品的半柔性電纜安裝、儀器艙設備安裝曾因手工操作原因而發生了多個質量問題，為此開展了工裝覆蓋性提升，通過配置工裝提高裝配工藝的可靠性。

圖1 線纜敷設示意圖

半柔性電纜安裝。半柔性電纜主要用于傳輸高頻指令信號，其信號傳輸性能對裝備功能、性能有至關重要的影響。半柔性電纜安裝于整機產品上時，會進行彎曲操作，原工藝文件對該過程只提出了“電纜彎曲半徑不小于電纜直徑的5 倍”要求，對如何操作和檢驗并未進行規定。手工彎折電纜時經常發生因過度彎曲而損傷電纜的情況，電纜被過度彎折后，其駐波比、衰減會增大，嚴重影響信號傳輸。

為確保半柔性電纜彎折過程符合規范，工藝人員對柔性電纜的結構特性及安裝過程進行了分析，對工藝進行了改進：一是對電纜安裝路徑進行了優化，減少彎折部位；二是增加了彎折操作工裝和檢驗工裝，通過工裝保證半柔性電纜安裝時不會發生過度彎折，如圖2 所示。

圖2 半柔性電纜彎曲操作和檢驗工裝示意圖

圖3 某設備安裝定位工裝示意圖

通過2 個工裝配置實現了操作過程可量化控制、檢驗有依據且唯一，并在該工序中還增設了半柔性電纜駐波比、衰減測試的檢驗點，有效避免了半柔性電纜過度彎折的問題，極大提升了該部件裝配質量。

儀器艙設備安裝。為保證儀器設備安裝過程精準控制，提高設備安裝的“一次成功率”，并減少勞動強度、提高效率，工藝人員對設備安裝操作細節、裝配定位、空間尺寸、裝配約束等進行了分析，設計了設備安裝的定位工裝（見圖3）。

利用工裝進行定位，解決了原手工定位的“盲操作”問題，設備定位過程可精準控制。其量化控制核心是將裝配對象的相對位置尺寸及精度、裝配操作位移、位置約束等通過工裝設計保證，需要量化控制的要素已預置于工裝。

3.基于測試數據的過程質量分析評價

型號產品總裝過程會進行大量的電性能測試，過程中會獲得大量的測試數據，可利用相關數據進行產品質量分析。電性能測試主要環節有：設備裝前測試、設備裝后測試、儀器艙綜合測試、振動篩選測試、全裝備產品綜合測試等。部分環節需要進行多次測試，每次測試均會產生大量的數據，一方面可進行符合性判斷，另一方面可對關鍵指標實測數據進行縱向和橫向對比及綜合分析，對產品質量及性能的穩定性和一致性進行評價。傳統總裝工藝在電性能測試環節只提出了符合性判斷的要求，由于沒有對數據進行深入挖掘，部分潛在的質量風險、問題、惡化趨勢沒有及時暴露，流轉至后續工序發現問題后經常會導致批次性的反向作業。表2 為某型號產品接收機靈敏度指標測試值。

表2 某產品接收機靈敏度測試值（指標：100±8dB）

根據各環節接收靈敏度測試值，開展批次一致性分析和單一產品穩定性分析。對儀器艙綜合測試數據進行一致性分析，可發現5#產品靈敏度嚴重偏離均值，對5#產品進行穩定性分析后發現其靈敏度一直呈現下降趨勢，雖仍在指標范圍內，但已存在超差風險，如圖4 所示。若5#產品繼續流轉，在后續環節可能會出現測試不合格，所以應及早對5#產品存在異常現象進行分析排查，找出原因。

為解決類似問題，對型號產品關鍵指標進行了梳理分析，并要求在各測試環節均要對相關指標測試數據進行統計分析，并增設了均值、變化量、偏離值等量化控制參數，若在某環節出現異常，需要立刻排查原因，避免問題產品向下流轉，如在測試工藝中規定了“接收機靈敏度測試值相對于出廠測試值的變化量大于4dB 時，應查明原因……”。通過基于測試數據的過程質量分析評價并增加相應工藝量化控制要素，極大減少了因故障或潛在風險未及時發現而流轉、交付產品的情況，對最終產品質量的一致性和穩定性的提高也有極其重要的作用。

圖4 儀器艙綜合測試值的一致性和5#產品靈敏度值變化趨勢

4.以專項活動推進總裝工藝量化

為全面系統推進總裝工藝量化工作，單位組織開展了“工藝讀卡”活動。由工藝人員、設計人員、操作人員、檢驗人員及顧客代表等組成小組，在生產現場由工藝人員讀工藝卡片，操作人員及檢驗人員按照“指令”進行操作，以此發現工藝存在問題并征集各方建議，然后由工藝人員綜合分析后對工藝進行完善。通過該項活動，發現了工藝文件低層次錯誤、工藝不細化量化、工藝流程不合理等問題。經過系統性完善后，型號產品總裝工藝指導性進一步加強。另外，通過該項活動的開展，既實現了工藝培訓，也增進了一線工人的“量化控制”及規范化意識。

在型號任務繁重、技術難度大、結構復雜、質量可靠性要求高的形勢下，依靠人工經驗、技能及素質的傳統總裝作業模式已無法滿足要求，需要推行精細化質量管理，而工藝量化是精細化質量管理的重要內容，也是實現型號產品精益總裝的基礎和前提。工藝量化是一個持續改進的過程，在對現有工藝進行完善的基礎上，還應在三維結構化工藝設計、裝配工藝仿真、大數據分析、數字化裝配、智能總裝等方面開展研究與應用，以進一步提升型號產品總裝工藝能力和技術水平。